通讯原理第七章.ppt

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1、通信原理课件通信原理课件第七章第七章多路复用和多址技术多路复用和多址技术7.1 7.1 引言引言7.2 7.2 频分复用频分复用7.3 7.3 时分复用和多路数字电话系统时分复用和多路数字电话系统 7.4 7.4 码分复用码分复用7.5多址技术多址技术 7.6 7.6 码分多址码分多址 通信原理课件通信原理课件7.1引言引言所所谓谓多多路路复复用用是是指指在在同同一一个个信信道道上上同同时时传传输输多多路路信信号号而而互互不不干干扰扰的的一一种种技技术术。为为了了在在接接收收端端能能够够将将不不同同路路的的信信号号区区分分开开来来，必必须须使使不不同同路路的的信信号号具具有有不不同同的的特特征

2、征。由由于于信信号号直直接接来来自自话话路路，区区分分信信号号和和区区分分话话路路是是一一致致的的。最最常常用用的的多多路路复复用用方方式式是是频频分分复复用用（FDM）、时时分分复复用用（TDM）和和码码分分复复用用（CDM）。按按频频段段区区分分信信号号的的方方法法叫叫频频分分复复用用；按按时时隙隙区区分分信信号号的的方方法法叫叫时时分分复复用用；按按相相互互正正交交的的码码字字区区分分信信号号的的方方法法叫叫码码分分复复用用。传传统统的的模模拟拟通通信信中中都都采采用用频频分分复复用用；随随着着数数字字通通信信的的发发展展，时时分分复复用用和和码码分分复复用用通通信信系系统的应用越来越广

3、泛。统的应用越来越广泛。通信原理课件通信原理课件现代通信通常需要在移动多用户点间进行现代通信通常需要在移动多用户点间进行通信，而在有线通信中，多用户点间相互通通信，而在有线通信中，多用户点间相互通信问题往往采用交换技术解决。早期的无线信问题往往采用交换技术解决。早期的无线通信是以点对点通信为主，但是当卫星通信通信是以点对点通信为主，但是当卫星通信系统和移动通信系统等新的通信系统开始发系统和移动通信系统等新的通信系统开始发展后，用户的位置分布面很广，而且可能在展后，用户的位置分布面很广，而且可能在大范围随时移动。为了区分和识别动态用户大范围随时移动。为了区分和识别动态用户地址，引出了地址，引出了

4、“多址多址”这个术语。这个术语。通信原理课件通信原理课件所谓多址通信是指处于不同地址的多个用户共享信道所谓多址通信是指处于不同地址的多个用户共享信道资源实现各用户之间相互通信的一种方式。由于用户来自资源实现各用户之间相互通信的一种方式。由于用户来自不同的地址，区分用户和区分地址是一致的。多址方式的不同的地址，区分用户和区分地址是一致的。多址方式的典型应用是卫星通信和蜂窝移动通信。在卫星通信中，多典型应用是卫星通信和蜂窝移动通信。在卫星通信中，多个地球站通过公共的卫星转发器来实现各地球站之间的相个地球站通过公共的卫星转发器来实现各地球站之间的相互通信。在移动通信中，则是多个移动用户通过公共的基互

5、通信。在移动通信中，则是多个移动用户通过公共的基站来实现各用户的相互通信。站来实现各用户的相互通信。频分多址（频分多址（FDMA）、时分多址（）、时分多址（TDMA）、码分多址）、码分多址（CDMA）和空分多址（）和空分多址（SCDMA）是几种主要的多址技）是几种主要的多址技术。以卫星通信为例，术。以卫星通信为例，FDMA是按地球站分配的射频不同是按地球站分配的射频不同来区分地球站的站址；来区分地球站的站址；TDMA是按分配的时隙不同来区分是按分配的时隙不同来区分站址；站址；CDMA是用相互正交的码字来区分站址；是用相互正交的码字来区分站址；SCDMA是以卫星天线指向地球站的波束不同来区分站址

6、。是以卫星天线指向地球站的波束不同来区分站址。通信原理课件通信原理课件多路复用和多址技术都是为了共享通信资多路复用和多址技术都是为了共享通信资源，这两种技术有许多相同之处，但是它们源，这两种技术有许多相同之处，但是它们之间也有一些区别。一般来说，多路复用通之间也有一些区别。一般来说，多路复用通常在中频或基带实现；通信资源是预先分配常在中频或基带实现；通信资源是预先分配给各用户共享的。而多址技术通常在射频实给各用户共享的。而多址技术通常在射频实现；是远程共享通信资源，并在一个系统控现；是远程共享通信资源，并在一个系统控制器的控制下，按照用户对通信资源的需求，制器的控制下，按照用户对通信资源的需求

7、，随时动态地改变通信资源的分配。随时动态地改变通信资源的分配。通信原理课件通信原理课件7.2频分复用频分复用一般的通信系统的信道所能提供的带宽往往要一般的通信系统的信道所能提供的带宽往往要比传送一路信号所需的带宽宽得多。因此，如果比传送一路信号所需的带宽宽得多。因此，如果一条信道只传输一路信号是非常浪费的。为了充一条信道只传输一路信号是非常浪费的。为了充分利用信道的带宽，提出了信道的频分复用。频分利用信道的带宽，提出了信道的频分复用。频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。信号的频谱调制到不同的频段，以实

8、现多路复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并在频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图7-1频分复用系统组成框图频分复用系统组成框图通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件例例7.2.1图图7-2三路信号的频谱三路信号的频谱通信原理课件通信原理课件图图7-3频分复用信号的频谱结构频分复用信号的频谱结构通信原理课件通信原理课件频分复用信号原则上可以直接在信道中频分复用信

9、号原则上可以直接在信道中传输，但在某些应用中，还需要对合并后传输，但在某些应用中，还需要对合并后的复用信号再进行一次调制。第一次对多的复用信号再进行一次调制。第一次对多路信号调制所用的载波称为副载波，第二路信号调制所用的载波称为副载波，第二次调制所用的载波称为主载波。原则上，次调制所用的载波称为主载波。原则上，两次调制可以是任意方式的调制方式。如两次调制可以是任意方式的调制方式。如果第一次调制采用单边带调制，第二次调果第一次调制采用单边带调制，第二次调制采用调频方式，一般记为制采用调频方式，一般记为SSB/FM。通信原理课件通信原理课件例例7.2.2通信原理课件通信原理课件频分复用系统的主要优

10、点是信道复用路数多、分路方频分复用系统的主要优点是信道复用路数多、分路方便。因此它曾经在多路模拟电话通信系统中获得广泛应用，便。因此它曾经在多路模拟电话通信系统中获得广泛应用，国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）对此制定了一系列建议。例如，）对此制定了一系列建议。例如，ITU将一个将一个12路频分复用系统统称为一个路频分复用系统统称为一个“基群基群”，它占，它占用用48kHz带宽；将带宽；将5个基群组成一个个基群组成一个60路的路的“超群超群”。用。用类似的方法可将几个超群合并成一个类似的方法可将几个超群合并成一个“主群主群”；几个主群；几个主群又可合并成一个又可合并成一个“巨群巨群”。频分复

11、用主要缺点是设备庞大复杂，成本较高，还会频分复用主要缺点是设备庞大复杂，成本较高，还会因为滤波器件特性不够理想和信道内存在非线性而出现路因为滤波器件特性不够理想和信道内存在非线性而出现路间干扰，故近年来已经逐步被更为先进的时分复用技术所间干扰，故近年来已经逐步被更为先进的时分复用技术所取代。不过在电视广播中图像信号和声音信号的复用、立取代。不过在电视广播中图像信号和声音信号的复用、立体声广播中左右声道信号的复用，仍然采用频分复用技术。体声广播中左右声道信号的复用，仍然采用频分复用技术。通信原理课件通信原理课件7.3时分复用和多路数字电话系统时分复用和多路数字电话系统时分复用（时分复用（TDM）

12、是建立在抽样定理基础上的。抽样）是建立在抽样定理基础上的。抽样定理指明：满足一定条件下，时间连续的模拟信号可以用定理指明：满足一定条件下，时间连续的模拟信号可以用时间上离散的抽样脉冲值代替。因此，如果抽样脉冲占据时间上离散的抽样脉冲值代替。因此，如果抽样脉冲占据较短时间，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用这种较短时间，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用这种空隙便可以传输其它信号的抽样值。时分复用就是利用各空隙便可以传输其它信号的抽样值。时分复用就是利用各路信号的抽样值在时间上占据不同的时隙，来达到在同一路信号的抽样值在时间上占据不同的时隙，来达到在同一信道中传输多路信号而互不干扰的一种方法

13、。信道中传输多路信号而互不干扰的一种方法。与频分复用相比，时分复用具有以下的主要优点：与频分复用相比，时分复用具有以下的主要优点：（1）TDM多路信号的合路和分路都是数字电路，比多路信号的合路和分路都是数字电路，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。的模拟滤波器分路简单、可靠。（2）信道的非线性会在）信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和多系统中产生交调失真和多次谐波，引起路间干扰，因此次谐波，引起路间干扰，因此FDM对信道的非线性失真对信道的非线性失真要求很高。而要求很高。而TDM系统的非线性失真要求可降低。系统的非线性失真要求可降低。通信原理课件通信原理课件7.3.1时分复用的时分复用的

14、PAM系统（系统（TDM-PAM）我们通过举例来说明时分复用技术的基我们通过举例来说明时分复用技术的基本原理，假设有本原理，假设有3路路PAM信号进行时分复用信号进行时分复用，其具体实现方法如图，其具体实现方法如图7-4所示。各路信号所示。各路信号首先通过相应的低通滤波器（预滤波器）首先通过相应的低通滤波器（预滤波器）变为频带受限的低通型信号。然后再送至变为频带受限的低通型信号。然后再送至旋转开关（抽样开关），每秒将各路信号旋转开关（抽样开关），每秒将各路信号依次抽样一次，在信道中传输的合成信号依次抽样一次，在信道中传输的合成信号就是就是3路在时间域上周期地互相错开的路在时间域上周期地互相错开

15、的PAM信号，即信号，即TDM-PAM信号。信号。通信原理课件通信原理课件图图7-43路路PAM信号时分复用原理图信号时分复用原理图通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件7.3.2时分复用的时分复用的PCM系统（系统（TDM-PCM）PCM和和PAM的区别在于的区别在于PCM要在要在PAM的基础的基础上再进行量化和编码。为简便起见，假设上再进行量化和编码。为简便起见，假设3路话路话音信号音信号PCM复用的原理方框图如图复用的原理方框图如图7-6所示。所示。图图7-63路路PCM信号时分复用原理图信号时分复用原理图通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件

16、通信原理课件通信原理课件7.3.3时分复用信号的码元速率和带宽时分复用信号的码元速率和带宽一、一、TDM信号的码元速率信号的码元速率通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件二、二、TDM信号的带宽信号的带宽得到码元速率后，按照第得到码元速率后，按照第4章章PCM带宽的带宽的计算方法容易得到计算方法容易得到TDM-PAM信号和信号和TDM-PCM信号传输波形为矩形脉冲时的第一零信号传输波形为矩形脉冲时的第一零点带宽。点带宽。通信原理课件通信原理课件例例7.3.1对对10路最高频率为路最高频率为3400Hz的话音信号进行的话音信号进行TDM-PCM传输，抽样频率为传输，抽样频率为8000H

17、z。抽样合路后对每个抽样值按照。抽样合路后对每个抽样值按照8级量化，并编为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形脉级量化，并编为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形脉冲，且占空比为冲，且占空比为0.5。计算。计算TDM-PCM基带信号的第一零点基带信号的第一零点带宽。带宽。通信原理课件通信原理课件例例7.3.2通信原理课件通信原理课件例例7.3.3通信原理课件通信原理课件7.3.4PCM30/32路系统的帧结构路系统的帧结构对于多路数字电话系统，国际上有两种对于多路数字电话系统，国际上有两种标准化制式，即标准化制式，即PCM30/32路制式（路制式（E体体系）和系）和PCM24路制式（路制式（T体系

18、）。我国规体系）。我国规定采用的是定采用的是PCM30/32路制式，一帧共有路制式，一帧共有32个时隙，可以传送个时隙，可以传送30路电话，即复用的路电话，即复用的路数路数n=32路，其中话路数为路，其中话路数为30。PCM30/32路系统的帧结构如图路系统的帧结构如图7-7所示。所示。通信原理课件通信原理课件图图7-7PCM30/32路系统的帧结构路系统的帧结构通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件PCM30/32路系统的一帧路系统的一帧通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件7.3.5PCM高次群系统高次群系统前面讨论的前面讨论的PCM30/32路和路和PCM24路时分多

19、路系统，路时分多路系统，称为数字基群（即一次群）。为了能使宽带信号（如电视称为数字基群（即一次群）。为了能使宽带信号（如电视信号）通过信号）通过PCM系统传输，就要求有较高的传码率。因系统传输，就要求有较高的传码率。因此提出了采用数字复接技术把较低群次的数字流汇合成更此提出了采用数字复接技术把较低群次的数字流汇合成更高速率的数字流，以形成高速率的数字流，以形成PCM高次群系统。高次群系统。CCITT推荐推荐了两种一次、二次、三次和四次群的数字等级系列，如表了两种一次、二次、三次和四次群的数字等级系列，如表7.3-1所示。所示。表表7.3-1所示的复接系列具有如下优点：所示的复接系列具有如下优点

20、：易于构成通信网，便于分支与插入。易于构成通信网，便于分支与插入。复用倍数适中，具有较高效率。复用倍数适中，具有较高效率。可视电话、电视信号以及频分制载波信号能与某一高可视电话、电视信号以及频分制载波信号能与某一高次群相适应。次群相适应。与传输媒质，比如电缆、同轴电缆、微波、波导、光与传输媒质，比如电缆、同轴电缆、微波、波导、光纤等传输容量相匹配。纤等传输容量相匹配。通信原理课件通信原理课件表表7.3-1数字复接系列（准同步数字系列）数字复接系列（准同步数字系列）通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件数字通信系统，除了传输电话外，也可数字通信系统，除了传输电话外，也可传输其它相同速率

21、的数字信号，例如可视传输其它相同速率的数字信号，例如可视电话、频分制载波信号以及电视信号。为电话、频分制载波信号以及电视信号。为了提高通信质量，这些信号可以单独变为了提高通信质量，这些信号可以单独变为数字信号传输，也可以和相应的数字信号传输，也可以和相应的PCM高次高次群一起复接成更高一级的高次群进行传输。群一起复接成更高一级的高次群进行传输。基于基于PCM30/32路系列的数字复接体制的路系列的数字复接体制的结构如图结构如图7-8所示。所示。通信原理课件通信原理课件图图7-8基于基于PCM30/32路系列的数字复接体制路系列的数字复接体制通信原理课件通信原理课件7.3.6SDH的提出的提出通

22、信原理课件通信原理课件表表7.3-2数字复接系列（同步数字系列）数字复接系列（同步数字系列）对传输的新要求，必须从技术体制上对传输系统进行根本的对传输的新要求，必须从技术体制上对传输系统进行根本的改革，为此，改革，为此，CCITT制订了制订了TDM制的制的150Mb/s以上的同步数以上的同步数字系列（字系列（SDH）标准。它不仅适用于光纤传输，亦适用于微）标准。它不仅适用于光纤传输，亦适用于微波及卫星等其它传输手段。它可以有效地按动态需求方式改波及卫星等其它传输手段。它可以有效地按动态需求方式改变传输网拓扑变传输网拓扑,充分发挥网络构成的灵活性与安全性，充分发挥网络构成的灵活性与安全性，而且而

23、且在网路管理功能方面大大增强。数字复接系列（同步数字系在网路管理功能方面大大增强。数字复接系列（同步数字系列）如表列）如表7.3-2所示。所示。通信原理课件通信原理课件与与PDH相比，相比，SDH具有一系列优越性：具有一系列优越性：通信原理课件通信原理课件7.4码分复用码分复用码分复用是用一组相互正交的码字区分码分复用是用一组相互正交的码字区分信号的多路复用方法。在码分复用中，各信号的多路复用方法。在码分复用中，各路信号码元在频谱上和时间上都是混叠的，路信号码元在频谱上和时间上都是混叠的，但是代表每路信号的码字是正交的。但是代表每路信号的码字是正交的。通信原理课件通信原理课件码字正交的概念码字

24、正交的概念通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件沃尔什（沃尔什（Walsh）码）码通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图7-9码分复用原理图码分复用原理图通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件图图7-10CDM系统中各点的波形系统中各点的波形通信原理课件通信原理课件在在CDM系统中，各路信号在时域和频域上是重系统中，各路信号在时域和频域上是重叠的，这时不能采用传统的滤波器（对叠的，这时不能采用传统的滤波器（对FDM而言）而言）和选通门（对和选通门（对TDM而言）来分离信号，而是用与而言）来分离信号，而是用与发送信号相匹配的接收机通过相关检测才能正确发送信号相匹

25、配的接收机通过相关检测才能正确接收。接收。码分复用除了可以采用正交码，还可以采用准码分复用除了可以采用正交码，还可以采用准正交码和超正交码，因为此时的邻路干扰很小，正交码和超正交码，因为此时的邻路干扰很小，可以采用设置门限的方法来恢复出原始的数据。可以采用设置门限的方法来恢复出原始的数据。而且，为了提高系统的抗干扰能力，码分复用通而且，为了提高系统的抗干扰能力，码分复用通常与扩频技术结合起来使用。常与扩频技术结合起来使用。通信原理课件通信原理课件7.5多址技术多址技术通信原理课件通信原理课件图图7-11多址通信示意图多址通信示意图通信原理课件通信原理课件7.5.1多址技术的基本原理多址技术的基

26、本原理与多路复用技术类似，任何一种多址技与多路复用技术类似，任何一种多址技术都要求不同用户发射的信号在信号空间术都要求不同用户发射的信号在信号空间相互正交。相互正交。FDMA在频域中是正交的；在频域中是正交的；TDMA在时域中是正交的；在时域中是正交的；CDMA用户的用户的特征波形是正交的（互相关系数为特征波形是正交的（互相关系数为0）。）。通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件FDMA、TDMA、CDMA工作方式工作方式通信原理课件通信原理课件7.5.2移动通信中的多址技术移动通信中的多址技术移动通信系统中的多址技术是多个移动用户通移动通信系统中的多址技术是多个移动用户通过共同的基

27、站同时建立各自的信道，从而实现各过共同的基站同时建立各自的信道，从而实现各用户之间的相互通信。如下图所示。用户之间的相互通信。如下图所示。通信原理课件通信原理课件随着社会需求和技术进步，移动通信系统相继采用了随着社会需求和技术进步，移动通信系统相继采用了频分多址（频分多址（FDMA）、时分多址（）、时分多址（TDMA）和码分多址）和码分多址（CDMA）技术。如今，空分多址（）技术。如今，空分多址（SDMA）和基于正交）和基于正交频分复用（频分复用（OFDM）的多址技术也开始被研究用于移动通）的多址技术也开始被研究用于移动通信系统。信系统。第一代移动通信系统是采用第一代移动通信系统是采用FDMA

28、的模拟蜂窝系统。的模拟蜂窝系统。第二代移动通信系统是采用第二代移动通信系统是采用TDMA或窄带或窄带CDMA为主为主的数字蜂窝系统。的数字蜂窝系统。第三代移动通信系统中的主流技术第三代移动通信系统中的主流技术为为CDMA技术。技术。通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件码分多址（码分多址（CDMA）是一种以扩频技术）是一种以扩频技术为基础的多址接入技术，因其保密性能好、为基础的多址接入技术，因其保密性能好、抗干扰能力强而广泛应用于军事通信领域。抗干扰能力强而广泛应用于军事通信领域。随着移动通信技术的发展，通信界注意到随着移动通信技术的发展，通信界注意到CDMA技术在移动通信方面具有广

29、阔的应技术在移动通信方面具有广阔的应用前景，因此，目前世界各国都在着手用前景，因此，目前世界各国都在着手CDMA系统的研究与开发。系统的研究与开发。7.6码分多址码分多址通信原理课件通信原理课件香农公式指出：增加频带可以降低接收的信噪香农公式指出：增加频带可以降低接收的信噪比门限值，这就是扩频通信的基本原理，即用频比门限值，这就是扩频通信的基本原理，即用频带来换取信噪比。我们把用扩展频谱的方法来换带来换取信噪比。我们把用扩展频谱的方法来换取信噪比的系统称为扩频（取信噪比的系统称为扩频（SS）通信系统。）通信系统。简单来说，扩频就是这样一种通信技术：在发简单来说，扩频就是这样一种通信技术：在发送

30、端，待发送的数据序列在发射到信道之前，通送端，待发送的数据序列在发射到信道之前，通过和扩频序列相乘，其频带被扩大若干倍（扩频）过和扩频序列相乘，其频带被扩大若干倍（扩频）；而在接收端，通过采用与发送端完全相同的扩；而在接收端，通过采用与发送端完全相同的扩频序列进行相关解调（解扩），使得接收信号的频序列进行相关解调（解扩），使得接收信号的频带被缩小相同倍数，恢复出原数据信息。频带被缩小相同倍数，恢复出原数据信息。7.6.1扩频通信扩频通信通信原理课件通信原理课件一、扩频原理一、扩频原理为了达到扩频的目的，通常的做法是用一个扩为了达到扩频的目的，通常的做法是用一个扩频序列和待发送的二进制码元（数据

31、比特）相乘。频序列和待发送的二进制码元（数据比特）相乘。通常称扩频序列的子脉冲为通常称扩频序列的子脉冲为“码片码片”。扩频原理。扩频原理如图如图7-16所示。可以将扩频序列看作是所示。可以将扩频序列看作是“载波载波”，所以扩频又称为扩频调制。，所以扩频又称为扩频调制。图图7-16扩频原理图扩频原理图通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件扩频通信系统中的扩频和解扩的原理扩频通信系统中的扩频和解扩的原理扩频和解扩的原理如图扩频和解扩的原理如图7-17所示。在发所示。在发送端，为了达到将数据流扩频的目的，首送端，为了达到将数据流扩频的目的，首

32、先用一个带宽远大于数据信号带宽的扩频先用一个带宽远大于数据信号带宽的扩频序列与数据流相乘，使原数据信号的带宽序列与数据流相乘，使原数据信号的带宽大大扩展，再经载波调制后发射出去。在大大扩展，再经载波调制后发射出去。在接收端，经过载波解调后，使用与发送端接收端，经过载波解调后，使用与发送端完全相同的伪噪声码，与接收的宽带信号完全相同的伪噪声码，与接收的宽带信号做相关处理，把宽带信号解扩为原始数据做相关处理，把宽带信号解扩为原始数据信号。信号。通信原理课件通信原理课件图图7-17扩频与解扩扩频与解扩通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件扩频系统具有以下主要优点：扩频系统具有以下主要优点：

33、（1）抗窄带干扰能力强，特别是对付有意的干扰。）抗窄带干扰能力强，特别是对付有意的干扰。（2）信号的功率谱密度很低，信号隐蔽有利于防止窃）信号的功率谱密度很低，信号隐蔽有利于防止窃听。听。（3）多址通信时频谱利用率高。对于单个用户来说，）多址通信时频谱利用率高。对于单个用户来说，扩频系统频谱利用率很低，但是当采用码分多址工作时，扩频系统频谱利用率很低，但是当采用码分多址工作时，很多用户在同一个频带中同时工作而不会相互产生明显的很多用户在同一个频带中同时工作而不会相互产生明显的干扰，扩频系统的频谱效率就变得较高。干扰，扩频系统的频谱效率就变得较高。（4）抗多径干扰能力强。利用）抗多径干扰能力强。

34、利用PN码的自相关特性，码的自相关特性，只要延迟半个只要延迟半个PN码片，其相关性就很小，可作为噪声对码片，其相关性就很小，可作为噪声对待；另外采用不同时延的匹配滤波器，可把多径信号分离待；另外采用不同时延的匹配滤波器，可把多径信号分离出来。出来。（5）提供测距能力。测量扩频信号的自相关特性的峰）提供测距能力。测量扩频信号的自相关特性的峰值出现时刻，可以从信号传输时间的大小计算出传输的距值出现时刻，可以从信号传输时间的大小计算出传输的距离。离。通信原理课件通信原理课件扩频系统的抗干扰能力扩频系统的抗干扰能力通信原理课件通信原理课件图图7-19为扩频系统对带内窄带干扰的抑制原理为扩频系统对带内窄

35、带干扰的抑制原理图。解扩器输入端信号和窄带干扰的功率谱如图图。解扩器输入端信号和窄带干扰的功率谱如图7-19(a)所示，解扩后输出信号和干扰的功率谱所示，解扩后输出信号和干扰的功率谱如图如图7-19(b)所示。可见，解调器中的滤波器可所示。可见，解调器中的滤波器可以将信号频带外的大部分干扰滤除，从而提高扩以将信号频带外的大部分干扰滤除，从而提高扩频系统的抗干扰能力。频系统的抗干扰能力。(a)解扩器输入解扩器输入(b)解扩后相关器输出解扩后相关器输出图图7-19扩频系统对带内窄带干扰的抑制原理扩频系统对带内窄带干扰的抑制原理通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件二、三种扩频调制方式二、

36、三种扩频调制方式扩频通信系统的工作方式主要有直接序扩频通信系统的工作方式主要有直接序列扩频、跳列扩频、跳(变变)频频(率率)扩频和跳时扩频。当扩频和跳时扩频。当伪噪声序列用于伪噪声序列用于PSK调制时，调制时，PSK信号的信号的相位随机偏移，所产生的已调信号称为直相位随机偏移，所产生的已调信号称为直接序列（接序列（DS）扩频信号；当伪噪声序列用）扩频信号；当伪噪声序列用于于FSK调制时，按随机方式选择发送信号调制时，按随机方式选择发送信号的频率，所产生的已调信号称为跳频的频率，所产生的已调信号称为跳频（FH）扩频信号；而当伪噪声序列用于脉）扩频信号；而当伪噪声序列用于脉位调制（位调制（PPM）

37、时，所产生的已调信号称）时，所产生的已调信号称为跳时（为跳时（TH）扩频信号。）扩频信号。通信原理课件通信原理课件1、直接序列扩频（、直接序列扩频（DS-SS）DS扩频信号的产生包括扩频和调制两个步骤：先用伪扩频信号的产生包括扩频和调制两个步骤：先用伪噪声序列与信息比特相乘，再对载波进行噪声序列与信息比特相乘，再对载波进行PSK调制；也可调制；也可以先用要传送的信息对载波进行调制，再用伪噪声序列来以先用要传送的信息对载波进行调制，再用伪噪声序列来扩展信号的频谱，二者是等效的。扩展信号的频谱，二者是等效的。扩频调制方式多采用扩频调制方式多采用BPSK和和QPSK调制。二进制相移调制。二进制相移调

38、制的直接序列扩频系统调制原理图如下图所示。调制的直接序列扩频系统调制原理图如下图所示。通信原理课件通信原理课件图图7-21DS-SS中中2PSK的解调原理图的解调原理图接收端先进行载波解调，然后采用与发接收端先进行载波解调，然后采用与发送端相同的扩频序列对接收信号进行相关送端相同的扩频序列对接收信号进行相关解扩，解调原理图如图解扩，解调原理图如图7-21所示。所示。通信原理课件通信原理课件2、跳频扩频（、跳频扩频（FH-SS）跳频扩频的基本思想是：在频率域中，不断地改变发跳频扩频的基本思想是：在频率域中，不断地改变发射频率，进行收、发双方预先约定好的通信，而对未约定射频率，进行收、发双方预先约

39、定好的通信，而对未约定的接收机无法寻找到所使用的工作频率，因此，这种系统的接收机无法寻找到所使用的工作频率，因此，这种系统很难被截获、窃听和干扰。在跳频系统中，通常要求有几很难被截获、窃听和干扰。在跳频系统中，通常要求有几十个、数千个甚至百万个随机频率可供选择，通信中使用十个、数千个甚至百万个随机频率可供选择，通信中使用的载波频率受一组快速变化的伪噪声码控制而随机地跳变，的载波频率受一组快速变化的伪噪声码控制而随机地跳变，所以跳频又称为所以跳频又称为“多频率编码选择移频键控多频率编码选择移频键控”。在每个时。在每个时间周期中，载波频率不变，但在下一个时间周期，载波频间周期中，载波频率不变，但在

40、下一个时间周期，载波频率跳到另一个的频率上。率跳到另一个的频率上。直接序列扩频和跳频扩频在频率占用上有很大不同。直接序列扩频和跳频扩频在频率占用上有很大不同。当一个当一个DS-SS系统传输时占用整个频段，而系统传输时占用整个频段，而FH-SS系统传系统传输时仅占用整个频段的一小部分，并且频谱的位置随时间输时仅占用整个频段的一小部分，并且频谱的位置随时间而改变。而改变。通信原理课件通信原理课件FH-SS频率频率/时间关系时间关系图图7-22FH-SS信号频率信号频率/时间关系时间关系通信原理课件通信原理课件3、跳时扩频（、跳时扩频（TH-SS）在跳时扩频系统中，数据信号在时隙上使用快在跳时扩频系

41、统中，数据信号在时隙上使用快速突发脉冲传输，使用的时隙由分配给用户的编速突发脉冲传输，使用的时隙由分配给用户的编码决定。时间轴分成帧，每个帧分成码决定。时间轴分成帧，每个帧分成M个时隙。个时隙。在每个帧中，用户在在每个帧中，用户在M个时隙的一个时隙上传输个时隙的一个时隙上传输各自的信号，使用各自的信号，使用M个时隙中的哪一个时隙依赖个时隙中的哪一个时隙依赖于分配给用户的编码信号。于分配给用户的编码信号。图图7-23所示是所示是TH-SS信号时间信号时间-频率图。与图频率图。与图7-22相比较可以看出，相比较可以看出，TH-SS是用整个频段的一是用整个频段的一小段时间，而不是在全部时间里使用部分

42、频段。小段时间，而不是在全部时间里使用部分频段。通信原理课件通信原理课件图图7-23TH-SS信号时间信号时间-频率图频率图通信原理课件通信原理课件7.6.2CDMA技术技术CDMA技术是建立在正交编码、相关接收的理技术是建立在正交编码、相关接收的理论基础上，运用扩频通信技术解决无线通信选址论基础上，运用扩频通信技术解决无线通信选址问题的技术。问题的技术。CDMA系统利用自相关性大而互相系统利用自相关性大而互相关性小的码序列作为地址码，在信道中许多用户关性小的码序列作为地址码，在信道中许多用户的宽带信号相互叠加在一起进行宽带传输，同时的宽带信号相互叠加在一起进行宽带传输，同时还叠加有干扰及噪声

43、，系统利用本地产生的地址还叠加有干扰及噪声，系统利用本地产生的地址码对接收到的信号及噪声进行解调，凡是与本地码对接收到的信号及噪声进行解调，凡是与本地产生的地址码完全相关的宽带信号可还原成窄带产生的地址码完全相关的宽带信号可还原成窄带信号（相关检测），而其它与本地地址不相关的信号（相关检测），而其它与本地地址不相关的宽带信号与宽带噪声仍保持宽带。解调信号经窄宽带信号与宽带噪声仍保持宽带。解调信号经窄带滤波后，信噪比得到极大提高，将所需的信号带滤波后，信噪比得到极大提高，将所需的信号分离出来。分离出来。通信原理课件通信原理课件在在CDMA系统中，伪噪声序列的互相关函数和系统中，伪噪声序列的互相关

44、函数和自相关函数一样重要，每个用户都分配给一个特自相关函数一样重要，每个用户都分配给一个特定的伪噪声序列，为了抑制多个用户共用同一频定的伪噪声序列，为了抑制多个用户共用同一频道引起的同信道干扰，要求不同用户使用的伪噪道引起的同信道干扰，要求不同用户使用的伪噪声序列的互相关系数尽可能小。因此，声序列的互相关系数尽可能小。因此，CDMA系系统利用自相关性大而互相关性小的周期性码序列统利用自相关性大而互相关性小的周期性码序列作为地址码，与用户信息数据相乘，在信道中许作为地址码，与用户信息数据相乘，在信道中许多用户的宽带信号相互叠加在一起进行宽带传输，多用户的宽带信号相互叠加在一起进行宽带传输，同时还

45、叠加有干扰及噪声，在接收端，系统利用同时还叠加有干扰及噪声，在接收端，系统利用本地产生的地址码根据相关性的差异对接收到的本地产生的地址码根据相关性的差异对接收到的信号及噪声进行解调，凡是与本地产生的地址码信号及噪声进行解调，凡是与本地产生的地址码完全相关的宽带信号可还原成窄带信号。完全相关的宽带信号可还原成窄带信号。通信原理课件通信原理课件图图7-24DS-CDMA系统系统码分多址和直接序列扩频技术相结合，构成直码分多址和直接序列扩频技术相结合，构成直接序列码分多址（接序列码分多址（DS-CDMA）系统，如图）系统，如图7-24所示。所示。通信原理课件通信原理课件图图7-25实际的实际的DS-

46、CDMA系统系统实际常采用如图实际常采用如图7-25所示的所示的CDMA系统。在发送端，系统。在发送端，用户数据首先与对应的地址码相乘或模用户数据首先与对应的地址码相乘或模2加进行地址码调加进行地址码调制，再与扩频码相乘或模制，再与扩频码相乘或模2加进行扩频调制；在接收端，加进行扩频调制；在接收端，扩频之后的信号经过与发端相同的扩频码的解扩后，然后扩频之后的信号经过与发端相同的扩频码的解扩后，然后与对应的地址码进行相关检测，得到所需的用户数据。与对应的地址码进行相关检测，得到所需的用户数据。通信原理课件通信原理课件图图7-25中，地址码需要良好的互相关特性；扩频码具中，地址码需要良好的互相关特

47、性；扩频码具有伪噪声特性（近似为有伪噪声特性（近似为0的均值，尖锐的自相关特性）。的均值，尖锐的自相关特性）。地址码和扩频码关系到系统多址能力、抗干扰能力和抗截地址码和扩频码关系到系统多址能力、抗干扰能力和抗截获、抗衰落及抗多径能力，还关系到信息的隐蔽与保密，获、抗衰落及抗多径能力，还关系到信息的隐蔽与保密，收端捕获和同步实现的难易等。要同时满足这些条件很困收端捕获和同步实现的难易等。要同时满足这些条件很困难，对于不同的要求需要分别设计不同类型的码。比如沃难，对于不同的要求需要分别设计不同类型的码。比如沃尔什码的互相关特性为零，而且它还具有良好的自相关特尔什码的互相关特性为零，而且它还具有良好

48、的自相关特性；但是它所占的频谱不宽，所以只能作地址码，不能作性；但是它所占的频谱不宽，所以只能作地址码，不能作扩频码。而扩频码。而m序列是一种类似白噪声的序列是一种类似白噪声的PN码，它具有尖码，它具有尖锐的自相关特性和比较好的互相关特性，同一码字内的各锐的自相关特性和比较好的互相关特性，同一码字内的各码占据的频带可以做到很宽且相等，所以码占据的频带可以做到很宽且相等，所以m序列既可以作序列既可以作地址码，又可以作扩频码。但是地址码，又可以作扩频码。但是m序列相关性差别较大，序列相关性差别较大，且互相关性不是处处为且互相关性不是处处为0，因此必须选择运用。典型的，因此必须选择运用。典型的m序列

49、数量很有限，所以人们考虑由序列数量很有限，所以人们考虑由m序列扩展到其它序列，序列扩展到其它序列，比如比如Gold序列和序列和Kasami序列等。序列等。通信原理课件通信原理课件CDMA系统具有以下主要特点：系统具有以下主要特点：通信原理课件通信原理课件（5）CDMA系统码片间隔非常短，通常比信道时延扩展小很多。系统码片间隔非常短，通常比信道时延扩展小很多。由于伪噪声序列具有很低的自相关，所以时延超过一个码片间隔的多由于伪噪声序列具有很低的自相关，所以时延超过一个码片间隔的多径将以噪声的形式出现。因此，设计径将以噪声的形式出现。因此，设计CDMA系统的接收机时，需要考系统的接收机时，需要考虑收

50、集所需信号的各种时延形式来改善接收性能。虑收集所需信号的各种时延形式来改善接收性能。（6）多址干扰（）多址干扰（MAI）是）是CDMA系统中必须考虑的问题。因为系统中必须考虑的问题。因为不同用户的伪噪声序列不完全正交，因此特定伪噪声码的解扩中，系不同用户的伪噪声序列不完全正交，因此特定伪噪声码的解扩中，系统其它用户就会对本用户产生干扰。即使不同用户的伪噪声序列是完统其它用户就会对本用户产生干扰。即使不同用户的伪噪声序列是完全正交的，由于移动通信信道因多径传播会引起时延扩展以及具有多全正交的，由于移动通信信道因多径传播会引起时延扩展以及具有多普勒频移等特性，用户的伪噪声序列之间必然存在一定的相关